第二篇合成树脂与塑料

第二篇合成树脂与塑料

第八章 概论

本章主要内容： 8.1 合成树脂分类与用途 8.2 塑料 8.3 合成纤维 8.4 粘合剂 8.5 涂料 8.6 离子交换树脂难点：无

8.0 前言 树脂定义树脂通常是指受热后有软化或熔融范围, 软化时在外力作用下有流动倾向,常温下是固态、半固态，有时也可以是液态的有机聚合物。广义地讲，可以作为塑料制品加工原料的任何聚合物都称为树脂。

 树脂分类 树脂分为天然树脂和合成树脂：天然树脂是指由自然界中动植物分泌物所得的无定形有机物质，如松香、琥珀、虫胶等。合成树脂是指由简单有机物经化学合成或某些天然产物经化学反应而得到的树脂产物。

树脂的主要用途： 当前在聚合物生产中以合成树脂产量最大，用途最为广泛。以合成树脂为原料生产的塑料、合成纤维、涂料、粘合剂以及离子交换树脂等已广泛应用于工农业各领域和人民生活中。

纤维、塑料和橡胶表现不同的应力-应变曲线，见纤维、塑料和橡胶表现不同的应力-应变曲线，见图8-1。

从图中可以看出： a、弹性体在比较低的应力下表现很高的但可恢复的伸长率(高达500％-1000％)。 b、纤维具有很高的抗形变力，伸长率低(＜10％- 50％)并且有很高的模量(＞35000N／cm2)和高的拉伸强度(＞35000 N/cm2)。 c、塑料的机械强度介于橡胶与合成纤维之间。塑料分为柔性和刚性两种类型。柔性塑料具有中至高结晶性。熔融温度和玻璃化温度宽，具有中至高模

量(15000-350000N/cm2)，拉伸强度为1500-7000 N/cm2，极限伸长率20％-800％。刚性塑料具有很高的刚性和抗形变力。模量达70000- 50000N/cm2，拉伸强度为3000-8500N/cm2，破裂前的仲长率＜0.5％-3％范围。

8.1 合成树脂分类与用途 8.1.1 根据合成反应进行分类 (1)加成聚合合成树脂包括经自由基聚合、离子聚合、配位聚合等反应合成的聚合物例如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。 (2)逐步聚合合成树脂包括经缩合聚合反应和逐步加成聚合反应合成的聚合物，酚醛树脂、脲醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯等。

8.1.2根据受热后的变化行为进行分类 (1)热塑性合成树脂例如聚乙烯、聚酯、聚酰胺等。 (2)热固性合成树脂例如酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂等。

8.1.3按聚合物主链结构和聚合物化学结构进行分类8.1.3按聚合物主链结构和聚合物化学结构进行分类 1．碳链合成树脂 ①聚烯烃，例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚苯乙烯等。 ②聚乙烯基化合物、聚醋酸乙烯及其衍生物：聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩醛等。 ③聚丙烯酸及其衍生物 a．酸类聚合物：聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸等。

b．酯类聚合物：聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲 酯、丁酯等。 c．腈及酰胺衍生物：聚丙烯腈、聚丙烯酰胺等。 ④ 聚卤代烃 a．聚氯代烃：聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯 b．聚氟代烃：聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚四氟乙烯等

⑤聚烯丙基化合物：聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚氰脲酸三烯丙酯等。⑤聚烯丙基化合物：聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚氰脲酸三烯丙酯等。 2．碳-氧链合成材脂 ①聚缩醛、聚甲醛。 ②聚醚：聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、环氧树脂、氯代聚醚、聚苯醚等。 ③酚醛树脂：苯酚-甲醛树脂。 ④聚酯：聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、不饱和聚酯、芳香族聚酯、醇酸树脂等。

3.碳-硫链合成树脂 ①聚琉化合物：聚苯硫醚。 ②聚砜、聚芳砜。 4.碳-氮链合成树脂 ①聚亚胺 ②氨基树脂 ③聚酰胺：聚酰胺6，聚酰胺66，聚酰胺1010，聚芳酰胺等。 ④聚酰亚胺

⑤聚氨酯 ⑥聚脲 ⑦聚芳杂环：聚苯并咪唑、聚苯并噻唑等。

5.根据聚合物性质进行分类 如水溶性聚合物、离子聚合物、导电聚合物、耐高温聚合物、液晶聚合物等。 6.根据聚合物的用途进行分类如高分子催化剂、高分子试剂、高分子絮凝剂、高分子医药等。 7.根据高分子材料的应用领域进行分类如塑料、合成纤维、粘合剂、涂料、离子交换树脂等。塑料和合成纤维又可区分为通用型材料、工程材料、特种高分子材料等。

8.2 塑料 概述塑料：以合成树脂为主要原料，添加稳定剂、着色剂、润滑剂以及增塑剂等组分得到的合成材料。性能评价：机械性能——强度、坚韧性、刚性、抗蠕变性和抗疲劳性能、耐磨性、硬度、摩擦系数等。

热性能——主要是长时间连续使用条件下的最低和热性能——主要是长时间连续使用条件下的最低和最高温度限，热膨胀系数、导热系数等。电性能——主要是介电性或绝缘性能。其他——耐化学腐蚀与老化行为以及对透明性、透气性、燃烧性等。

8.2.1塑料的性能 □ 塑料的基本性能 密度塑料的实体相对密度约在0.83-2.2范围，多数介于1-1.5之间。塑料的密度与其中填料的种类和数量有关。相对密度小于1者为聚烯烃类塑料(无填料)。密度最轻者为聚4-甲基1-丁烯(相对密度0.83)，最高者为聚四氟乙烯。

吸水性 塑料是有机材料，所以其吸水性高于金属、陶瓷、玻璃、无机材料等。但低于木材，其测试方法一般是将一定大小的试样置于水中浸24h后，测定其重量增加的百分数。塑料的吸尔性一般为0.01％-3％，亲水性较大的品种，例如醋酸纤维素则高达7％左有。吸水性高低与高聚物的化学结构和填料种类有关。

透气性 适用于塑料薄膜性能的评价。一般为一定厚度的薄膜于一定时间，如24h，于规定压力下，单位面积所透过的气体体积；如测透水(汽)性，则测透过的重量。塑料薄膜的透气性与高分子化合物的化学结构和气体的种类有关。

乙烯基单体的X-取代基团对聚合物的透气率的影响乙烯基单体的X-取代基团对聚合物的透气率的影响见表8-1，基团极性不同透气率也不同。

□机械性能 塑料品种不同，其机械性能差别可能甚大，例如有些品种是刚性材料，如聚苯乙烯、酚醛塑料等，有些品种则是柔性材料，如低密度聚乙烯，软聚氯乙烯等。

塑料的机械强度与是否加有填料．填料的形态以及线型大分子是否有结晶取向等因素有关。无填料或加有粉状填料的模塑塑料的机械强度虽因品种的不同而有所不同，但差别不大，具有相同的数量级，见表8-3。塑料的机械强度与是否加有填料．填料的形态以及线型大分子是否有结晶取向等因素有关。无填料或加有粉状填料的模塑塑料的机械强度虽因品种的不同而有所不同，但差别不大，具有相同的数量级，见表8-3。

□热性能 塑料的热性能主要从它的耐热性、导热系数、热膨胀系数、比热、耐寒性等方面进行评价。塑料的耐热性，用在一定负荷下受热，形状变化达规定范围时的温度来表示。 国际上通用的有马丁耐热温度，维卡耐热温度、以及热扭变温度等三种测定塑料形状稳定温度的方法。

马丁耐热温度—— 将试样置于每小时升温50 ℃ 的等速升温烘箱中，与上夹具相连接的横杆上置—重锤，使试样受50kg/cm2的弯曲应力。横杆末端与试样中线距离为240mm。当横杆末端端点下降达6mm时的温度为马丁耐热温度。

维卡耐热温度——将试样置于每小时外温50 ℃的等速升温烘箱中，试样上置测试用金属针，面积为一平方毫米，负荷为50N。金属针刺入塑料深度为1mm时的温度为维卡耐热温度。热扭变温度—— 将试佯置油浴中，油浴以每分钟2 ℃ 的速度逐渐升高温度，试样中部承受负荷为1.875 MPa和469 kPa．压杆下降为0.254 mm时的温度为该负荷的热扭变温度。

□电性能 一般的塑料是不良导体，因此其重要用途之一是用作绝缘材料。塑料与其他绝缘材料如玻璃、陶瓷相比较，除具有某些优良的工艺性能，例如质轻、柔软、脆性低、易加工，可以制成电缆包被层和薄膜，为玻璃、陶瓷所不及外。在电性能方面，由于塑料的介质常数较低、介质损耗较小，因此作为绝缘材料时减少了电能损耗。有些品种如聚乙烯、聚苯

乙烯、聚四氟乙烯等在高频条件下，介质损耗仍甚乙烯、聚四氟乙烯等在高频条件下，介质损耗仍甚低，因此适合用作高频或超高频绝缘材料。对于近代高频技术，雷达和电视技术的发展发挥了重大作用。几种绝缘材料的电性能见表8-7。

□稳定性 塑料是有机高分子材料，为了正确合理的使用塑料，应当了解塑料的稳定性，包括耐化学腐蚀性能、老化性能、耐气候性与耐火焰性等。高聚物的化学结构、所含官能团的性质、填料的种类以及是否含有增塑剂等因素对于塑料耐化学腐蚀性能发生重要影响。主链周围全部为氟原子的聚四氟乙烯，具有最耐无机酸、碱、无机盐水

溶液的化学腐蚀与耐有机溶剂性能。沿主链上具有溶液的化学腐蚀与耐有机溶剂性能。沿主链上具有极性原子或原子基团的聚氯乙烯，氯化聚醚、聚丙烯腈等耐无机酸、碱、无机盐水溶液的腐蚀作用优良。热塑性塑料易老化，因此需要加适当的添加剂如抗氧化剂和紫外线吸收剂等以防止或阻缓老化进程。塑料是含碳的有机高分子材料所以绝大数可燃。可采用引入阻燃性基团（氯原子、溴原子）和添加适当添加剂例如氧化锑等。

8.2.2塑料分类、缩写代号与命名 □塑料的分类根据分类角度的不同而有多种分类方法: ①根据受热后行为分为热塑性塑料和热固性塑料。 ②根据化学组成分类，例如聚乙烯塑料、聚氯乙烯塑料、酚醛塑料、不饱和聚酪塑料等。 ③根据塑料制品形成分为模塑塑料、增强塑料、泡沫塑料、薄膜、人造革等。

④ 按照应用领域分为通用塑料、工程塑料与高性能塑料、特种塑料(功能塑料)。通用型塑料中的品种主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。工程塑料与高性能塑料通常指100 ℃以上和0℃以下仍保持尺寸稳定和具有良好机械强度的塑料，特种塑料通常指具有特种功能的塑料。

□树脂与塑料缩写代号 由于合成树脂与塑料名称较复杂，我国参照国际标准(ISO))编制了塑料及树脂缩写代号标准(GBl844-80)，举例如下： ABS——丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 (acrylonitrile-butadiene-styrene copo[ymer); EP——环氧树脂(epoxide resin)； EPC—乙烯-丙烯共聚物(ethylene-propylene copolymer)；

HDPE——高密度聚乙烯(high density polyethylene)； HIPS——高冲击强度聚苯乙烯(high impact polystyrene)； PVC——聚氯乙烯(polyvinyl chloride)

8.3合成纤维  纤维是人们衣着材料和工业用材料之一，分为天然纤维，如棉花、羊毛、蚕丝、麻等和化学纤维两大类。化学纤维又分为两类，一类非纤维状天然高分子化合物经化学加工得到的人造纤维；另一类是由单体合成的合成纤维。人造纤维由于性能方面不及合成纤维优良所以从世界范围以及我国生产情况看来产量增长缓慢，甚至世界范围内有所下降。

生产合成纤维的高聚物条件 能够用来生产合成纤维的高聚物在宏观结构上应当是具有适当结晶度，经拉伸取向后成为不可逆状态的聚合物，并且需要具备以下条件： ① 聚合物主链是线型结构，具有高分子量。 ② 聚合物分子结构具有线型对称性，这样可以使分子与分子间结合紧密。 ③ 聚合物大分子与大分子之间存在相当强的作用力，如离子键、色散力、范德华力等。

合成纤维的特点 合成纤维与天然纤维和人造纤维相比较，具有强度高、密度低、弹性高、吸水性低、保暖性好、耐磨性好、耐酸碱、不会虫蛀等特点。

8.3.1合成纤维的性能 1.细度细度是表示纤维粗细程度的指标，一般用支数和纤度来表示。 (1)支数表示纤维和纱线粗细程度的一种参数。以单位重量的纤维或纱线在公定回潮率时的长度表示。公制支数:以1g重的纤维或纱线所具有的长度(米)表示。例如：1g纤维长50m，则为50支。纤维或纱线越细支数越高。

指商品所含的水分与干净重的百分比 回潮率: 公定回潮率: 主指合同规定的某商品应该所含的水分与干净重的百分比

(2)纤度 纤维粗细程度的一种量度。以一定长度的纤维所具有的重量来表示。常用的纤度单位有“特”(tex)，全称“特克斯”，是中国选定的纤维和纱线纤度的法定单位。1 tex表示在公定回潮率时1000m长的纤维或纱线重1g。

2．长度 经纺丝得到的合成纤维是连续状长丝。可直接用来针织或纺织，但多数情况需切断，根据长度与用途分为：棉型短纤维-以粘胶纤维为主，纤度为10.8-13.5 tex，长度为33-38mm，同棉纤维相仿。毛型短纤维-纤度为27-45 tex，长度为64-14mm，同羊毛相仿。中长纤维-纤度为18-27tex，长度为51-76 mm，主要用于混纺。

3．卷曲度 合成纤维表面较光滑，因此合成纤维之间的抱和力很弱，因此在纤维成形时加以卷曲，以便进一步进行纺织加工。1cm长度纤维上所具有的卷曲数叫做卷曲度，卷曲度在12-14之间较为适宜。

4.吸湿性 棉纤维的吸湿性约在7％左右，合成纤维中聚乙烯醇缩甲醛纤维俗称维尼纶或“维纶”纤维的吸湿性与棉纤维相近，其他合成纤维的吸湿都较差，所以作为衣着用时不吸汗，有闷热感。干燥条件下，磨擦易积累静电荷。 5．断裂强度纤维的断裂强度用CN/公特(1/10 tex)。合成纤维的断裂强度多高于天然纤维和人造纤维。

6．回弹性与弹性模 (1)回弹性纺织材料在外力作用时产生形变，外力除去后，恢复原来状态的能力称“回弹性”。纤维拉伸到一定的延伸度(一般为2％-5％)以后，当除去外力后在1min内形变恢复的百分数称做“回弹率”。回弹率高的纤维(＞90％)制成的纺织物尺寸稳定性好，穿着过程中不易起皱。例如，涤纶有优良的回弹性制成的服装具有挺括特性。

(2)弹性模数 即杨氏模数，是使纤维单位横断面积产生单位形变所需的负荷，用kg/mm2来表示。多指产生1％伸长时所需的力，又叫做初始模量。弹性模数高，表示此纤维的刚性大。 7．耐磨性衡量纤维表面的耐摩擦性质。在合成纤维中以聚酰胺纤维的耐磨性最为突出。耐磨性与含湿率有关，湿态时的耐磨性较干态时差。

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